A Quantum Interface Between Neutral-Atoms and Trapped-Ions Quantum Registers
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究中性原子与囚禁离子量子寄存器间的量子接口，提出并分析方案，通过光镊与保罗阱势实现里德堡囚禁，增强原子 - 离子极化相互作用，实现对MS门的条件控制，为确定性原子 - 离子混合量子门和量子接口建立实用途径。
2026-07-24 physics.atom-ph quant-ph
Optimal quantum control of multi-mode couplings between trapped ion qubits for scalable entanglement
我们展示了高保真纠缠量子门内的五个被困离子量子比特链最佳成形耦合到多个集体运动模式的光场。我们利用分段的光脉冲分别寻址量子比特，以可编程的方式构造多体纠缠态。这种方法实现了高保真度和快速量子门，其可以缩放到更大的量子位寄存器以用于量子计算和模拟。
2014-01-08 quant-ph
Floquet-engineered vibrational dynamics in a two-dimensional array of trapped ions
我们展示了Floquet工程在一个基本的但可扩展的2D架构的单独捕获和控制的离子。失谐俘获势的局部参数调制控制了长程离子间耦合的强度和运动态的相关Peierls相位。在我们的原理证明中，我们初始化大相干态并调整调制参数来控制声子流的轨迹，方向和干扰。我们的发现为未来基于Floquet的捕获离子量子模拟器开辟了一条新的途径，目标是相关的拓扑现象和动态规范场。
2019-07-15 quant-ph
Optimization of a quantum control sequence for initializing an NV spin register
许多量子信息协议的实现需要量子寄存器的有效初始化。在本报告中，我们优化的人口捕获协议初始化的混合自旋寄存器相关的一个单一的氮空位（NV）中心的钻石。我们初始化的量子寄存器极化的电子和核自旋的NV与一系列的微波，射频和光脉冲。我们用速率方程模型解释了光脉冲作用下粒子数的分布。该模型进行了比较，通过执行部分量子态断层扫描的实验数据。为了进一步增加自旋极化，我们提出了一个递归的协议与优化的光脉冲。
2021-07-02 physics.optics quant-ph
Dynamically Polarizing Spin Register of NV Centers in Diamond using Chopped Laser Pulses
金刚石中氮空位（NV）中心附近的核自旋是量子计算和量子传感的理想量子存储器，但由于其与环境的相互作用弱相互作用而难以初始化.在这里，我们提出并证明了磁场无关，确定性和高效的偏振方案，通过引入斩波激光脉冲的双共振初始化方法。用这种方法，我们证明了在室温下单核自旋接近$98.1\%$和$^{14}N$ - $^{13}C$双核自旋系统接近$96.8\%$的初始化.初始化是有限的核自旋退极化效应，由于斩波激光激发。我们的方法可以扩展到更多的核自旋的NV系统，并将是一个有用的工具，在未来的应用，如纳米MRI和单细胞NMR。
2019-07-23 quant-ph
Theory of robust multi-qubit non-adiabatic gates for trapped-ions
在量子计算机上执行量子算法的流行方法是将算法分解为通用门的级联，通常是单量子位门和双量子位门。然而，这样的分解导致长的门序列，其在量子位寄存器大小上是指数的。此外，当作用于较大的量子位寄存器时，门的量子数趋于减小。因此，在大量子位寄存器中的高保真实现仍然是一个突出的挑战。在这里，我们提出并研究了多量子比特纠缠门的捕获离子。我们的门一次耦合许多量子位，允许减少使用的门的总数，同时保持高的门保真度。我们的方法采用了所有的正常模式的运动的离子链，这允许操作以外的绝热制度，并在利率相媲美的长期离子捕获频率。此外，我们扩展了我们的方法生成适合于量子模拟的哈密顿量，如最近邻自旋哈密顿量或苏-施里弗-海格尔哈密顿量。
2019-11-08 physics.atom-ph quant-ph
Initializing a Quantum Register from Mott Insulator States in Optical Lattices
我们提出并定量地发展了两种方案，通过从光晶格中的莫特绝缘体态引出，在光微阱中快速准确地产生稳定的中性原子初始组态。我们表明，成千上万的原子可以被提取和存储在基态的光学微阱阵列与一个原子每个陷阱在一个操作过程中表现出巨大的可扩展性。第一方案中的提取期间的失败概率可以足够小（10^{-4}）以高保真度初始化大规模量子寄存器。一个互补的更快的计划与更多的提取原子，但较低的保真度也被开发。
2007-06-06 cond-mat.other quant-ph
Repeated multi-qubit readout and feedback with a mixed-species trapped-ion register
量子纠错对于实现大规模量子信息处理设备的全部潜力至关重要。其实验实现的基础是通过量子比特之间的量子相关性的投影测量来重复检测错误，并使用条件反馈进行校正。重复执行这些任务需要一个系统，在该系统中，测量和反馈决策时间与量子比特相干时间相比是短的，其中测量忠实地再现期望的投影，并且测量过程对执行进一步操作的能力没有不利影响。在这里，我们展示了多达50个连续测量的相关性两个铍离子量子比特使用钙离子辅助，并实现反馈，使我们能够稳定两个量子比特子空间以及贝尔状态。多量子位混合物种门用于将信息从量子位传输到辅助系统，使得量子态检测对存储的量子位具有可忽略的串扰。使用交感再冷却来减轻检测期间离子运动的加热。实验系统的一个关键元素是一个强大的经典控制系统，它具有灵活的顺序处理，以实现反馈控制。这里采用的方法提供了一些基本成分的缩放捕获离子量子计算，并提供了新的机会，量子态控制和纠缠增强量子精密测量。
2018-04-26 physics.atom-ph quant-ph
Scalable quantum search using trapped ions
我们提出了一个可扩展的实现Grover的量子搜索算法的离子捕获量子信息处理器。利用简单的绝热方法将系统初始化为纠缠Dicke态。反转约平均和预言运营商采取的形式，单一的非共振激光脉冲，寻址，分别，所有和一半的离子在陷阱。这是通过利用捕获离子线性晶体的物理对称性而实现的。该算法的物理实现代表了一个戏剧性的简化：每个逻辑迭代（预言和平均值的反演）只需要两个物理交互步骤，与以前的方法所需的大量级联门相反。这不仅便于实现，而且提高了算法的整体保真度。
2010-02-17 quant-ph
Two-dimensional array of microtraps with atomic shift register on a chip
捕获原子的阵列是开发包括用于存储和处理量子信息的大量物理量子位的寄存器的理想起点。一种非常有前途的方法涉及在称为原子芯片的微制造设备上产生的中性原子陷阱，因为几乎任意的陷阱配置都可以在坚固而紧凑的封装中实现。然而，到目前为止，原子芯片实验一直集中在包含单个或几个单独陷阱的小型系统上。在这里，我们报告的实验上的二维阵列的捕获超冷原子云准备使用一个简单的磁膜原子芯片。我们能够将原子装载到数百个紧密限制和光学分辨的阵列位置中。然后，我们将单个原子云冷却到量子简并所需的临界温度。利用原子芯片作为原子移位寄存器，原子在芯片表面上穿梭，并且使用聚焦激光来快速清空各个陷阱来实现原子的局部操纵。
2009-02-13 physics.atom-ph quant-ph
Fault-tolerant parity readout on a shuttling-based trapped-ion quantum computer
量子纠错需要通过适当的多量子比特相关算子的可靠测量来检测错误。在这里，我们实验证明了一个容错的重量-4奇偶校验测量方案。一个额外的“标志”量子位用于检测整个奇偶校验测量过程中发生的错误，否则这些错误将扩散到量子位寄存器上的不可纠正的权重2错误。我们实现了93.2（2）\%的标记条件下的奇偶测量单次保真度。故意注入位和相位翻转错误，我们表明，容错协议是能够可靠地拦截这样的故障。对于奇偶测量方案的整体基准测试，我们使用纠缠见证来表明所实现的电路产生真正的六量子比特多方纠缠。容错奇偶校验测量方案是一个重要的构建块在一个广泛的类稳定器量子纠错协议，包括拓扑色码。我们的硬件平台是基于原子离子存储在一个分段的微芯片离子阱。量子位寄存器通过穿梭操作动态重新配置，实现有效的完全连接，而没有操作串扰，这为可扩展的容错量子计算提供了关键能力。
2021-07-13 quant-ph
Dissipation-Assisted Quantum Information Processing with Trapped Ions
我们介绍了一个计划，以执行耗散辅助量子信息处理考虑现实的退相干率，例如，由于运动加热的离子阱。通过连续的交感冷却，我们克服了陷阱加热，并表明阻尼振动激发仍然可以用来调解相干相互作用以及集体耗散效应。我们描述了如何控制他们的相对强度实验，允许协议的相干或耗散产生的纠缠。该方案可以扩展到更大的离子寄存器，用于相干或耗散多体量子模拟。
2013-03-19 quant-ph
Phase-adaptive dynamical decoupling methods for robust spin-spin dynamics in trapped ions
基于捕获离子的量子平台是构建量子硬件的主要候选者，其计算能力大大超过经典设备。在这些设置中的可用控制技术中，脉冲动态解耦（脉冲DD）显示为处理离子寄存器中编码的信息的有用方法，同时最小化它们上的环境噪声。在这项工作中，我们采用了脉冲DD技术，使用随机脉冲相位，或相关的脉冲相位，显着提高纠缠自旋自旋动力学在被困离子的鲁棒性。这个过程最初设想的背景下，核磁共振核自旋检测的目的，在这里，我们证明了同样的原则适用于强大的量子信息处理中的陷阱离子设置。
2021-03-23 quant-ph
A trapped-ion based quantum byte with $10^{-5}$ next-neighbour cross-talk
在量子寄存器内对特定量子位的寻址是可扩展量子计算的关键先决条件。通常，用单个量子位或量子位的子集执行量子门会影响所有其他量子位的量子态。整个量子寄存器的这种降低的保真度可能阻止量子纠错协议的应用，从而妨碍可扩展性。我们演示了在一个量子字节（8个量子位）内对单个量子位的寻址，并测量了与单量子位门应用相关的所有未寻址量子位（串扰）中引起的错误。量子字节是使用微波驱动的超精细量子比特的$^{171}$ Yb $^+$离子限制在保罗陷阱增强的磁梯度场。测量到的串扰大约为$10^{-5}$，因此低于通常认为足以有效实现容错量子计算的阈值。因此，我们的研究结果证明了如何克服这个阈值的串扰。
2014-09-02 quant-ph
Creation of arbitrary Dicke and NOON states of trapped-ion qubits by global addressing with composite pulses
我们提出了一种快速有效的技术来创建类的高度纠缠态的囚禁离子，如任意Dicke态和它们的叠加，例如NOON状态。离子在声子基态中初始化，并且用与第一运动边带共振的复合脉冲全局寻址。该技术在相对较短的时间尺度上运行，因为共振相互作用允许使用最小的激光脉冲面积。来自复合序列的单个脉冲的数量等于离子的数量，因此实现复杂性仅随着系统的大小线性增长。该方法不需要单独寻址阱中的离子，并且可以应用于Lamb-Dicke制度的内部和外部。
2013-01-01 quant-ph
Multiparticle entanglement with quantum logic networks: Application to cold trapped ions
我们展示了如何在任意大小N的量子寄存器上构造多量子比特控制门。这个门在由其他N-1个量子位的状态调节的特定量子位上执行单量子位操作。我们提供了一个算法，如何建立一个由单量子比特旋转和多量子比特控制非门组成的网络阵列，用于合成N个量子比特的任意纠缠量子态。我们说明了一个系统的冷捕获离子的算法。该示例说明了多量子位CNOT门的直接实现与其分解成两量子位CNOT门的网络相比的效率。
2001-03-13 quant-ph
Laser cooling with electromagnetically induced transparency: Application to trapped samples of ions or neutral atoms
利用量子干涉剪裁的三（或多）能级系统的吸收分布，提出了一种新的基态激光冷却囚禁原子的方法。在冷却速率与常规边带冷却相当的情况下，可以实现较低的最终温度。该方法在实验上实现冷却一个单一的钙$^+$离子到其振动基态。由于可以同时冷却宽频带的振动频率，因此该技术对于冷却较大的离子串将特别有用，从而对于基于捕获离子的量子寄存器的初始化具有重要的实际意义。我们还讨论了它在不同能级方案中的应用以及在大失谐驻波激光场囚禁的中性原子基态冷却中的应用。
2001-07-17 quant-ph
Mølmer-Sørensen gates in trapped-ions chains in the presence of correlated noise
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；National Research Nuclear University MEPhI（国立核研究医科大学MEPhI）
通过微扰理论分析相关激光频率噪声对不同长度离子阱链中Mølmer-Sørensen门保真度的影响，发现中频噪声的影响强烈依赖于离子位置，而低频噪声影响相似。
2026-06-24 quant-ph
Entanglement from tensor networks on a trapped-ion QCCD quantum computer
在量子电路期间选择性地测量、初始化和重用量子比特的能力使得能够将某些张量网络状态的空间结构映射到量子线路的动力学上，从而在使用量子计算机模拟具有有限纠缠的多体系统时实现显著的资源节省。我们实验证明了这种方法的量子模拟的显着好处：除了所有的关联函数，纠缠结构的无限系统-特别是半链纠缠谱-方便地编码在一个小寄存器的“键量子位”，可以提取相对容易。利用一台配备有选择性中间电路测量和复位的囚禁离子QCCD量子计算机，我们直接在热力学极限下定量地确定了相关自旋链的近临界纠缠熵，并表明其相变在扩展键量子位寄存器后很快得到解决.
2021-05-05 cond-mat.quant-gas quant-ph
Optical multi-qubit gate operations on an excitation blockaded atomic quantum register
我们考虑一个多量子位原子或离子系统，其中有两个计算基态和一个相互作用的激发态，在所谓的封锁制度，使得只有一个量子位可以被激发在任何一个时间。这种系统的例子是稀土离子掺杂的晶体和镊子阵列中捕获的中性原子。我们提出了一个简单的激光激发协议，产生一个复杂的相位因子上的任何所需的多量子位产品的状态，并可用于实现多量子位门，如n位Toffoli门。该操作仅使用两个脉冲来执行，其中每个脉冲同时寻址所有量子位。通过使用复杂的双曲正割脉冲，我们的计划是强大的，并允许完全转移到和从激发态，尽管相互作用参数的变化。详细分析了多量子比特门的性能。
2022-10-12 quant-ph
Simple implementation of a quantum search with trapped ions
我们提出了一个离子阱实现Grover的量子搜索算法的任意长度N的非结构化数据库。实验实现是有吸引力的简单，因为线性离子阱允许一个简单的结构，在一个单一的相互作用步骤，没有大量的Hadamard变换，反射算子，这是引擎的Grover算法。因此，所需的物理步骤的数量急剧减少，仅为O（\sqrt{N}），与数学步骤的数量相同。建议的设置允许演示原始的（概率）Grover搜索和它的确定性变化，是非常强大的寄存器初始化的缺陷。
2009-09-29 quant-ph
Optimal photon energies for initialization of hybrid spin quantum registers of NV centers in diamond
初始化具有高保真度的量子寄存器是诸如量子信息处理和感测的许多应用的基本先决条件。金刚石中氮空位（NV）中心的电子和核自旋形成了一个有趣的混合量子寄存器，可以通过激光，微波和射频脉冲的组合来初始化。然而，实现电子自旋极化所必需的激光照射也具有使核自旋去极化的不希望的副作用。在这里，我们研究了如何去极化动力学的$^{14}$ N核自旋依赖于激光波长。我们的实验表明，激发与橙色激光（594 nm）导致显着减少核自旋去极化相比，绿色激光（532 nm）通常用于激发，因此导致更高的核自旋极化。这可能是因为橙色光激发抑制了NV $^{0}$电离成NV $^{-}$，因此抑制了作用于核自旋的噪声源。
2020-04-03 cond-mat.other quant-ph
Universal control and error correction in multi-qubit spin registers in diamond
核自旋与单个固态缺陷的电子自旋耦合的量子寄存器是量子信息处理的一个有前途的平台。开创性的实验选择了有利位置的核自旋具有特别强的超精细耦合的缺陷。为了在大规模应用方面取得进展，非常需要有更大的、可以确定的核登记册。在这里，我们通过利用丰富的弱耦合核自旋来实现对多量子比特自旋寄存器的通用控制。我们使用金刚石中氮空位中心的电子自旋来选择性地初始化、控制和读出周围自旋浴中的碳13自旋，并构建高保真单量子位和双量子位门。我们利用这些新的功能来实现一个三量子比特的量子纠错协议，并证明了对应用错误的编码状态的鲁棒性。这些结果将弱耦合核自旋从退相干源转变为可靠的资源，为基于多量子位节点的扩展量子网络和表面编码量子计算铺平了道路。
2013-09-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of power-law scaling for phase transitions in linear trapped ion crystals
我们报道了离子晶体中线性到锯齿形相变的临界各向异性参数和离子数之间的幂律关系的实验确认。我们的实验使用激光冷却的钙离子限制在一个线性射频陷阱。最多10个离子的测量结果与理论和数值预测吻合良好。讨论了离子阱量子计算机中数据寄存器大小上限的含义。
2000-08-09 quant-ph
A neutral atom quantum register
我们展示了一个量子寄存器的实现使用一串单中性原子被困在一个光学偶极陷阱。利用微波辐射在磁场梯度中选择性地和相干地操纵原子。我们的寻址方案具有高空间分辨率，并且对单个原子的量子比特旋转具有99%的对比度。在最后的读出操作中，我们分析每个单独的原子状态。最后，我们测量了相干时间，并确定了我们的寄存器的主要退相机制。
2004-09-06 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
Enhanced dark-state sideband cooling in trapped atoms via photon-mediated dipole-dipole interactions
分辨边带冷却是将原子冷却到运动基态的关键步骤，这在基于原子的量子技术中是必不可少的。在这里，我们提出了一个增强的暗态边带冷却囚禁原子利用光子介导的偶极-偶极相互作用。通过将原子放置在魔粒间距离处，我们在目标原子中表现出优于冷却行为，这超过了单个原子所允许的极限。我们进一步研究了不同的原子配置在多原子设置与激光失谐和不同的光偏振角，其中多个魔间距可以识别和冷却性能的适度改善，预计随着原子数量的增加。我们的研究结果提供了深刻的见解与集体和光诱导的长程偶极-偶极相互作用的原子的亚反冲冷却，并铺平了道路，实现真正的量子操作在多个量子寄存器。
2022-10-12 quant-ph
Scalable architecture for trapped-ion quantum computing using RF traps and dynamic optical potentials
针对长离子晶体运动模式软化引发的加热率高、运动谱密集问题，提出基于动态光势分割大离子晶体为可控单元的可扩展量子计算架构，可并行执行纠缠门、保障全连通并补偿串扰误差，适用于容错数字量子计算与模拟量子模拟。
2024-11-04 physics.atom-ph quant-ph
Dipole-phonon quantum logic with trapped polar molecular ions
被捕获的分子离子的电偶极矩与受限库仑晶体的构型之间的相互作用将分子的取向与其运动耦合。我们考虑利用这种相互作用来初始化、处理和读出编码在分子离子量子比特中的量子信息而不需要光学照射分子的实际可行性。我们提出了两种方案，其中分子离子可以与共捕获的原子离子量子比特纠缠，提供了一种用于分子状态制备和测量的方法。我们还表明，虚声子交换可以显着提高分子间偶极-偶极相互作用的范围，允许广泛分离的分子离子量子比特之间的强耦合。
2019-09-05 physics.atom-ph quant-ph
Indistinguishable photons from a trapped-ion quantum network node
嵌入在光学腔中的囚禁原子离子是一个很有前途的平台，可以实现长距离量子网络及其最深远的应用。在这里，我们实现和分析光子不可逆性的电信转换离子腔系统。首先，观察到腔光子在其离子共振波长处的双光子干涉，并发现其达到自发发射的极限。其次，这一限制被证明是保留后的两步频率转换复制分布式的情况下，其中腔光子被转换到电信C波段，然后回到原来的波长。实现的干涉可见性和光子效率将允许在相隔数十公里的离子量子比特寄存器之间分配和实际验证纠缠。
2019-12-19 quant-ph
A Hardware-Native Trapped-Ion Hybrid Qudit-Oscillator Instruction Set
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
该研究提出硬件原生的混合量子位-振子指令集，基于囚禁离子多能级结构实现通用量子计算，在40Ca+量子位处理器上运行Trotter步长速度提升约十倍，平均RMSE约1.1%，并在HybridLane框架中实现。
2026-10-12 cs.AR cs.ET quant-ph
Shuttling-Based Trapped-Ion Quantum Information Processing
在射频陷阱的微结构阵列中移动捕获的离子量子位提供了实现可扩展量子处理节点的途径。建立这样的节点，提供足够的功能来代表新兴量子技术的构建块，例如量子计算机或量子中继器，仍然是一个艰巨的技术挑战。在这篇评论中，我们提出了一个整体的看法，这样的架构，包括相关组件，它们的特性和它们对整体系统性能的影响。我们提出了一种硬件架构的基础上，一个统一的线性分段多层陷阱，由一个定制的快速多通道任意波形发生器控制。后者允许以足够的速度和质量进行一组不同的离子穿梭操作。我们描述了微结构离子阱，波形发生器和附加电路的相关参数和性能规格，以及合适的测量方案，以验证系统性能。此外，一组不同的基本穿梭操作的动态量子位寄存器重新配置的详细描述和特征。
2019-12-10 quant-ph
Resource-efficient variational quantum solver for the travelling salesman problem and its silicon photonics implementation
University of Trento（特伦托大学）
提出一种基于两个最大纠缠量子寄存器的变分量子算法，通过关联矩阵编码路径，仅需2⌈log₂N⌉量子比特，并在可重构硅光子电路上实验验证了四城市问题。
2026-05-26 quant-ph
Neutral Atoms in Optical Tweezers as Messenger Qubits for Scaling up a Trapped Ion Quantum Computer
提出用光镊穿梭中性原子作为确定性信使，在模块化囚禁离子量子寄存器间执行原子-离子纠缠门，实现比光子互连快两个数量级的远程纠缠。
2025-01-08 quant-ph
QuCtrl-BELL: A Compiler-Driven Sub-Microsecond Feedback Control Stack for Scalable Trapped-Ion Quantum Experiments
Tsinghua University（清华大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文提出QuCtrl-BELL，一种编译器驱动的子微秒反馈控制堆栈，用于可扩展的囚离子量子实验，通过分离控制流与硬件状态数据，解决经典控制系统的根本权衡问题，展示编译器基础设施在可扩展囚离子量子控制中的可编程性、确定性定时和模块化。
2026-05-21 cs.PL cs.SY eess.SY
Quantum computing with collective ensembles of multi-level systems
我们提出了一种新的物理方法来编码和处理多能级量子系综中的量子信息，其中不同的比特不是由单个粒子携带，而是与不同内部能级的集体布居相关联。一位和两位门是通过集体内部状态转换来实现的，该转换在存在将每个内部状态的种群限制为零和一的激励阻断机制的情况下发生。10-20比特量子计算机可以通过该方案在受到里德伯激发阻断机制的基态原子的单个被捕获云中构建，并且寄存器大小与原子中的内部量子态的数量之间的线性依赖性提供了实现更大寄存器的现实手段。
2007-08-10 quant-ph
Improving trapped-ion-qubit memories via code-mediated error-channel balancing
针对囚禁离子量子比特存储器中退相干噪声偏置问题，提出利用两个重复码之间的信息传送进行纠错，仅需一个低保真度全局纠缠相位门即可将存储错误率降低最多两个数量级。
2023-05-30 quant-ph
Quantum computing architecture with Rydberg gates in trapped ions
提出利用Rydberg态高电极化率实现线性晶体中任意离子对的全连接纠缠门方案，通过态相关频移和电波形实现微秒级操作，并可与可扩展处理器架构结合重新配置量子比特寄存器。
2024-11-29 quant-ph
Demonstration of fault-tolerant Steane quantum error correction
本研究在 trapped-ion 量子计算机上演示了多轮容错Steane量子纠错，采用多种QEC码，相比flag量子比特方法提升了逻辑保真度，确立了其作为容错量子计算的竞争性范式。
2023-12-15 quant-ph
Alkaline-Earth-Metal Atoms as Few-Qubit Quantum Registers
我们提出并分析了一种新的量子信息处理方法，在该方法中，多个量子比特可以使用与光晶格中捕获的单个碱土原子相关的电子和核自由度进行编码和操纵。具体来说，我们描述了如何在每个寄存器内的量子位可以单独操纵和测量亚波长光学分辨率。我们还展示了这种少量子位寄存器如何通过条件隧道在光学超晶格中相互耦合，形成可扩展的量子网络。最后，讨论了量子计算和精密测量的潜在应用。
2009-03-13 cond-mat.other physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of a Multiplexing Trapped Ion Quantum Processing Unit
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Infineon Technologies Austria AG（英飞凌奥地利股份公司）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Infineon Technologies AG（英飞凌科技股份有限公司）
本文展示了一个结合表面离子阱和时间复用器的量子处理单元，通过采样保持技术实现多电极控制，有效解决大规模离子运输中的布线挑战，验证了高保真操作的可行性。
2026-05-15 quant-ph
Heuristics for Shuttling Sequence Optimization for a Linear Segmented Trapped-Ion Quantum Computer
Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）；Johannes Gutenberg University（约翰内斯·古腾堡大学）
本文提出一种优化线性分段囚离子量子计算机穿梭序列的启发式方法，通过改进的qubit映射和算法集成，减少穿梭操作次数，降低资源消耗。
2026-03-13 quant-ph
Instruction-Set Architecture for Programmable NV-Center Quantum Repeater Nodes
University of Pisa（比萨大学）；Institute for Informatics and Telematics (IIT), National Research Council (CNR)（意大利国家研究委员会信息学与遥测研究所）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
本文提出一种用于量子中继节点的指令集架构，通过核自旋寄存器实现确定性和相干性控制，展示了在BBPSSW纯化协议中的应用，并讨论了扩展性和与线性组合单位aries及Kraus形式的连接。
2026-02-24 cs.NI quant-ph
Para-particle oscillator simulations on a trapped ion quantum computer
本文提出在囚禁离子量子计算机上数字模拟副粒子振荡器，通过将副粒子态映射到量子比特寄存器并识别为$XY$模型实现多项式门深度增长，实验验证了对副费米子和副玻色子动力学的完全控制。
2022-07-06 quant-ph
Recent Results in Trapped-Ion Quantum Computing
我们回顾了最近的实验纠缠，贝尔不等式，并在量子寄存器中的\be离子的消相干自由子空间。我们已经证明了纠缠多达四个离子使用技术的莫尔默和Sørensen。此方法生成状态|下载> +| up up>对于两个离子和状态|向下> +|向上>为四个离子。我们在实验的每一个镜头中确定性地产生纠缠。在$8σ$水平上对两离子纠缠态的测量违反了Bell不等式。由于我们的装置的高检测器效率，这个实验关闭了贝尔不等式测量的检测器漏洞的第一次。这个测量也是第一次有质量的粒子违反贝尔不等式，它没有隐含地假设量子力学的结果。最后，我们已经证明了可逆编码的任意量子比特，最初包含在一个离子，到一个消相干自由子空间（DFS）的两个离子。DFS编码的量子比特抵抗施加的集体失相噪声，并在环境条件下保持相干性，其时间是未编码量子比特的3.6倍。使用单离子门和双离子纠缠门的编码方法演示了双量子比特通用量子逻辑所需的所有元素。
2001-02-16 quant-ph
Heralded entanglement of two ions in an optical cavity
我们展示了精确控制的耦合的两个被困离子的模式的光学谐振器。当两个离子耦合到接近最大强度，我们产生离子-离子纠缠预示着两个正交偏振腔光子的检测。对Bell态$Ψ^+$的纠缠保真度达到了$F \geq (91.9\pm2.5)%$。这一结果代表了通过空腔连接远程基于原子的寄存器的分布式量子计算的重要一步。
2013-08-14 quant-ph
Transpiling quantum circuits by a transformers-based algorithm
Università degli Studi di Milano（米兰大学）；Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会光子与纳米技术研究所）
本文提出基于变换器的算法，用于将量子电路从qasm标准转换为适合特定量子硬件的门集，实现了高达五量子比特的高精度转换。
2026-03-05 quant-ph
A photon-interfaced ten qubit quantum network node
本文展示一个十量子比特光子接口量子网络节点，利用可切换囚禁势和光学腔使十个离子逐个与光子纠缠，获得92(1)%的平均Bell态保真度。
2024-06-13 quant-ph
Free space interference experiments with single photons and single ions
囚禁离子晶体已被证明是量子寄存器最可行的物理实现之一，也是量子网络可扩展实现的一个有希望的候选者。后者将需要在捕获的离子和光子之间开发有效的界面。我们描述了两个研究方向，目前正在研究实现这样的光子量子接口在自由空间中使用高数值孔径光学。第一种方法研究如何将光强聚焦到单个离子上可以增加相互作用强度，以实现光子和离子之间的有效相互作用。第二种方法使用对散射光子的概率测量来产生两个离子之间的纠缠，这可以用于在量子网络中分发信息。对于这两种方法，较高的数值孔径将增加界面的效率。
2015-02-17 quant-ph
A trapped ion quantum computer with robust entangling gates and quantum coherent feedback
量子计算机有望在解决一系列计算问题时实现比经典计算机显著的加速。线性保罗阱中的离子链是构建这种量子计算机的一个有前途的平台，因为它们的相干时间长，控制质量高。在这里，我们报告了一个小型的，五量子比特，通用量子计算机的建设使用$^{88}\text{Sr}^{+}$离子在RF陷阱。所有的基本操作，包括初始化，量子逻辑操作和读出，都是高保真的。使用窄线宽激光器实现的选择性双量子位和单量子位门包括通用门集合，允许在量子寄存器上实现任何幺正。我们回顾了主要的实验工具，并详细描述了计算机的独特之处：使用强大的纠缠门和通过EMCCD相机采集的量子相干反馈系统的发展。后者是必要的，在未来的实验中进行量子纠错协议。
2021-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Tomography of entangled massive particles
我们报告的断层手段来研究的稳定性的量子位寄存器的基础上的一串被困离子。在我们的实验中，两个离子被保持在一个线性的保罗陷阱，并纠缠确定性的激光脉冲耦合他们的电子和运动状态。我们重建的密度矩阵使用单量子比特旋转和随后的测量与近单位的检测效率。通过这种方式，我们描述了所产生的贝尔态，即它们随后衰变的状态，并通过应用不同的纠缠度量来推导它们的纠缠。
2003-07-29 quant-ph
Revealing Noise in Axial Motion Through Quantum Noise Spectroscopy on a Trapped Ion Processor
Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；HRL Laboratories, LLC（HRL实验室有限责任公司）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Department of Physics and Astronomy, University of New Mexico（新墨西哥大学物理与天文系）；Center for Quantum Information and Control, CQuIC, University of New Mexico（新墨西哥大学量子信息与控制中心）；Quantinuum；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本研究利用抗退相量子噪声谱，在囚禁离子处理器中识别并表征轴向运动诱导的控制噪声，分离相关噪声与固有控制噪声，实现多量子比特位置相关控制噪声的同步表征，并确定了可抑制噪声的光束拐点工作区域。
2026-08-06 quant-ph
High-precision Quantum Phase Estimation on a Trapped-ion Quantum Computer
本文提出一种多辅助量子比特的量子相位估计方法，在56量子比特离子阱计算机上以少量采样实现氢分子基态能量的高精度计算，远超化学精度，并可作为近期量子设备的基准任务。
2025-06-20 quant-ph
One Aperture, Two Colors: Depth-Allocated Bilayer Silicon Nitride Gratings for Trapped-Ion Addressing
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）
研究囚禁离子硬件中多波长光学控制的缩放瓶颈问题，提出用垂直堆叠氮化硅双层的架构，经多级深度分配变迹等方法，实现单孔径双色离子寻址，模拟和实验证实其性能，为紧凑型多色光子接口提供途径。
2026-09-22 physics.optics quant-ph
Scalable quantum computation in systems with Bose-Hubbard dynamics
量子计算的几种建议利用晶格型架构，其中量子位被周期性势捕获。对于经历由玻色-哈伯德哈密顿量描述的多体相互作用的系统，系统的基态携带与量子比特数量成比例的数量波动。这个过程降低了量子计算机寄存器的初始化，并且可能在纠错期间引入错误。在早期的手稿中，我们提出了一个解决这个问题的方案，通过莫特绝缘体相变将冷原子装入光晶格。结果表明，通过在晶格中加入一个不均匀性并进行连续测量，可以保持适合于量子计算机寄存器的单位填充态。在这里，我们给出了一个更严格的推导寄存器保真度均匀和非均匀晶格，并提供证据表明，该协议是有效的，在有限的温度制度。
2004-03-18 cond-mat.other quant-ph
